설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극
Summary
이 프로토콜은 설치류에서 동시에 기능성 자기 공명 영상과 깊은 두뇌 자극을위한 표준 방법을 설명합니다. 이러한 실험 도구를 함께 사용은 거의 모든 뇌 대상에 전기 자극에 대한 응답으로 글로벌 다운 스트림 활동의 탐사 할 수 있습니다.
Abstract
다양한 대상에 깊은 뇌 자극 (DBS)에 대한 글로벌 및 다운 스트림의 연결 반응을 시각화하기 위해, 우리는 혈액의 산소 수준의 종속 (BOLD) 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 동시 DBS와 이미지 설치류를 사용하기위한 프로토콜을 개발했습니다. DBS의 fMRI 전극 주입 정밀도를 포함하는 다수의 기술적 문제를, 선물, MR을 동시에 동물의 움직임, 그리고 생리 학적 매개 변수의 유지 보수를 제거하면서 모든 신경 세포의 영향을 최소화하기 위해 마취 및 마비의 전극, 선택에 의해 만들어진 유물, 편차가있는 혼동 할 수있는 BOLD 신호. 우리의 실험실이 가능한 대부분의 문제를 극복 할 수있는 일련의 절차를 개발했습니다. 전기 자극의 경우, 집에서 만든 텅스텐 바이폴라 미세 전극은 마취 제목에 자극이 사이트에서 정위 삽입, 사용됩니다. 영상을 준비, 설치류는 플라스틱 투구에 고정되어마그넷 보어로 전송. 스캔하는 동안 진정 작용과 마비를 들어, dexmedetomidine과 pancuronium의 칵테일은 지속적으로 이소 플루 란 최소한의 복용량과 함께 주입되고,이 혼합물은 휘발성 마취제의 BOLD 천장 효과를 최소화 할 수 있습니다. 이 예제 실험에서 시상 하부 핵 (STN)의 자극은 운동 피질을 중심으로, 동측 대뇌 피질의 지역에서 주로 관찰된다 BOLD 반응을 생산하고 있습니다. 동시 DBS와 fMRI를 자극 위치와 자극의 매개 변수에 대한 신경 회로의 명확한 변조 따라 허용하고, 지역 편견의 연결 변조의 관찰을 허용합니다. 이 기술은 실험과 임상 모두 DBS에 대한 의미와 함께, 거의 모든 뇌 영역에서 신경 회로를 변조의 하류 효과를 탐구하는 데 사용할 수 있습니다.
Introduction
신경 회로의 활동의 글로벌 다운 스트림 효과를 결정하는 시스템 신경 과학의 여러 분야에 대한 주요 도전과 목표를 나타냅니다. 전통의 소수는이 요구를 충족 현재 사용할 수 있으며, 따라서 적절한 실험 셋업이 쉽게 사용이 요구되고있다. 신경 회로 활성화의 글로벌 결과를 평가하기위한 하나의 방법은 뇌 심부 전기 자극 (DBS)과 기능적 MRI (fMRI를)의 동시 응용 프로그램에 의존합니다. DBS-의 fMRI는 큰 공간적 스케일 회로 활성화에 하류 반응의 검출을 허용하고, 실질적으로 어떤 자극 타겟에 적용될 수있다. 이 도구 세트는 치료 고주파 자극에 대한 반응의 특성을 포함하여 번역 전임상 연구에 매우 적합하다.
적합한 MRI 스캐너에 접근 이외에, 성공적인 DBS-의 fMRI 실험 variabl의 수의 고려가 필요전극 형, 진정 방법 및 생체 변수의 유지 보수 등 에스. 예를 들어, 전극의 선택은 자극 효과 (예. 리드 크기 및 컨덕턴스, 모노 – 대 바이폴라)뿐만 아니라 MR 호환성 이슈 및 전극 크기와 관련된 요인에 근거한다. 전극 아티팩트는 전극 재료와 크기뿐만 아니라, 사용 된 스캔 순서에 의해서, 철저한 사전 실험 테스트는 각 연구에 적합한 전극 유형을 결정하기 위해 사용되어야한다. 일반적으로, 텅스텐 마이크로 와이어 전극은이 프로토콜에 대한 권장합니다. 중풍 및 진정제의 어워드 효과적으로 동물을 고정화하고 혈액 산소 수준 의존 (BOLD) 신호에서 특정 진정제의 억제 효과를 줄이기 위하여 만들어 져야한다. 마지막으로는 체온, 산소 포화도 등 최적의 생리 학적 파라미터에 동물을 유지하는 것이 중요하다.
우리는 DBS를 위해 개발 한 프로토콜-의 fMRI는 이러한 잠재적 인 많은 장애물을 극복하고, 우리의 손에, 강력하고 일관된 결과를 제공합니다. 또한,이 실험 절차는 용이 optogenetic 자극 포함한 대안 자극 방법의 fMRI와의 조합을 채용 할 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
동시 DBS와의 fMRI는 생체 내에서 신경 회로의 자극에 글로벌 다운 스트림 응답의 식별 및 특성화를위한 유망한 실험 키트를 나타냅니다. 이러한 전기 생리학 녹음 등 다른 사용 가능한 도구를 통해이 기술의 가장 큰 장점은 뇌 조직의 크고 다양한 지역은 대상에서 DBS에 대한 응답을 검사 할 수있다 fMRI를, 상대적으로 공정한 성격에있다. 설명 프로토콜이 쥐에서 DBS-fMRI를 위해 특정이지만, DBS…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 촬영에 대한 지원은 Shaili 신임 CEO 및 헤더 Decot 감사합니다.
Materials
| Isoflurane (Forane) | Baxter | 1001936060 | |
| Dexmedetomidine (Dexdomitor) | Pfizer | 145108-58-3 | |
| Pancuronium Bromide | Selleckchem | S2497 | |
| 9.4T Small Animal MRI | Bruker | BioSpec System with BGA-9S gradient | |
| Sterotactic Frame | Kopf | Model 962 | |
| Small Animal Ventilator | CWE, Inc. | 12-02100 | Model SAR-830 |
| Dental Cement | A-M Systems | 525000 | Teets Cold Curing |
| MouseOx Plus System | STARR Life Science Corp. | ||
| Capnometer | Surgivet, Smith Medical | V9004 Series | |
| Stimulus Isolator | World Precision Instruments | Model A365 | |
| MR-compatible Brass Screws | McMaster Carr | 94070A031 | 0-80 thread size, 1/4 inch. Can be cut to desired length. |
| Tungsten Wire | California Fine Wire Company | 100211 | Used to construct MR-compatible stimulating microelectrode |
| Syringe Pump | Harvard Appartus | Model PHD 2000 (not MRI-compatible) |
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